考虑交通拥堵效应的大城市私家车出行成本分析

顾涛， 刘泽， 刘跃军， 周凌

(1. 北京交通发展研究院，北京 100073；2. 北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081)

目前，交通拥堵已成为困扰城市发展、影响居民生活水平的重要问题之一。以北京市为例，截至2015年，机动车保有量已达到561万辆。2015年，北京市全路网高峰时段平均指数为5.7，处于轻度拥堵状态，逼近中度拥堵门槛，早、晚高峰严重拥堵天数分别增加11 d和30 d。拥堵环境下，出行不仅产生油耗等内部成本，同时也给社会带来多项外部性成本，如空气污染、噪声污染等。出行成本不仅与交通运行状况，还与城市布局、出行习惯、交通管理措施密切相关。在机动化快速发展的大背景下，私家车出行成本的精确测算对城市管理和交通政策制定具有重要意义。

1992年，Mackenzie等[1]首次提出机动车出行成本由市场成本和外部成本构成，该研究对各项成本进行测算，为后续研究出行成本构成奠定了基础。加拿大维多利亚交通政策研究所对维多利亚11种出行方式的20项出行成本在城市高峰、城市非高峰、乡村三种情境下进行了测算[2]。 Quinet[3]总结了欧洲各国对私家车外部出行成本的研究成果，并分析了导致结果差异性的原因。此外，边际出行成本也成为研究热点，如Bigazzi等[4]对高速公路交通拥堵的污染物暴露外部性的边际成本进行研究，量化了交通量对边际成本的影响。国内研究人员也从成本构成[5-6]、实证研究[7-8]等方面开展了一系列出行成本分析，并利用出行成本作为探索交通问题解决策略的依据[9-10]。

当前研究分析私家车出行成本时，多以某城市出行特征参数平均值为基准，测算静态成本，未考虑交通拥堵对成本的动态影响。本研究引入拥堵效应对大城市私家车出行成本的影响，分析出行成本随路网速度的动态变化，以北京市为例测算出行成本随路网速度的变化情况，以及北京市非拥堵及拥堵两个特定情景下私家车出行成本，为以经济手段调控交通需求提供理论基础。

1 出行成本模型

成本是指为了达到特定目的所失去或放弃的资源[11]。经济生活中，一个基本的前提是资源相对稀缺，依据理性人的假设，人们所拥有的有限资源都是有代价的，这种代价就是成本[12]。成本或效益被施加于他人身上，然而施加这种影响的人却没有为此付出代价或为此获得报酬，这就产生了外部效应，是一个经济主体的行为对另一个经济主体的福利所产生的效果，而这种效果并没有从货币或市场交易中反映出来[13]。交通出行的目的是为了完成人和物的移动，因此，出行成本可定义为“为了完成人或物的移动所应当支付的经济支出” 。

1.1 出行成本构成

图1 私家车出行成本构成Fig.1 The travel cost of private car

私家车在城市机动车保有量中占绝大部分，其出行特征对城市交通运行影响显著，出行成本不仅与居民生活密切相关，还是城市交通管理决策的重要依据。私家车出行成本由内部成本和外部成本构成。内部成本指由私家车车主直接支付的成本，也即私人广义出行成本，包括使用成本、时间成本、舒适性成本、可靠性成本。外部成本是指不由车主直接支付，因车主出行所产生的其他成本。包括基础设施成本、拥挤成本、大气污染成本、噪声污染成本、交通事故成本。详见图1。

1.2 出行成本量化模型

出行者特征、出行时间、里程等因素会影响出行成本，研究中将出行特征的差异最小化，测算单辆私家车单位行驶里程的平均出行成本：

CTotal=CInter+CExter，

(1)

CInter=CU+CT+CUC+CUR，

(2)

CExter=CF+CC+CAP+CNP+CA，

(3)

式中，CTotal、CInter、CExter为单位总出行成本、内部成本、外部成本， 元/(辆·km)；CU,CT,CUC,CUR,CF,CC,CAP,CNP,CA为使用成本、时间成本、舒适性成本、可靠性成本、基础设施成本、拥挤成本、大气污染成本、噪声污染成本、交通事故成本，元/(辆·km)。

1.2.1 使用成本

私家车使用成本分为购车成本和用车成本，用车成本包括停车成本、保险成本、维修成本、路桥成本4项阶段性成本及燃油成本：

CU=Cj+Cf，

(4)

式中，Cj,Cf为单位行驶里程耗费的阶段性成本、燃油成本，元/(辆·km)。

(5)

式中，B为车辆购置费；Y为车辆使用年限；Dpy为年均行驶里程， km/a;P,I,M,L为年停车费、年保险费、年维修费、年路桥费， 元/a。

燃油成本与车辆类型有关，不同类型车辆的单位油量行驶里程不同，燃油成本：

(6)

式中，F为油价， 元/L；pj,dj为j类车比例和单位油量行驶里程， km/L。

1.2.2 时间成本

时间成本的核心是单位时间价值，即与单位时间等价的货币价值。一般的，单位时间价值与收入有关，收入越高，单位时间价值越大。单位时间成本定义如下：

CT=Vout/v，

(7)

(8)

式中，Vout为单位时间价值， 元/h；v为路网速度， km/h；In为第n类人群的年平均工资，元/a；dy，hd为每年工作天数、每天工作小时数，单位分别为d/a，h/d。

1.2.3 舒适性成本

影响私家车出行舒适性的原因，一是速度慢，行程时间长，车内乘客感知时间明显长于实际行驶时间；二是车速变化频繁，引起乘客不适。这两项是衡量小汽车舒适性的关键要素，而车速变化难以获取，且一定程度上车速变化与车速有关，因此认为舒适性仅与车速有关。模型将主观感知时间与实际行驶时间的差值作为衡量舒适性程度的标准，将这一参数定义为舒适性指数Ioc：

Ioc=tf(v)-tr(v),

(9)

式中，tf(v),tr(v)表示速度为v时，单位里程感知时间、实际行驶时间， h。

舒适性成本即为舒适性指数这段时间的货币价值：

Cuc=Vout×Ioc。

(10)

1.2.4 可靠性成本

可靠性用单位里程行驶时间的波动性来量化，时间波动越大，意味着时间越不可估计，可靠性越低，出行者付出更多成本。用单位里程出行时间的标准差作为衡量时间波动性的标准，将这一参数定义为可靠性指数Ior：

Ior=σ(t),

(11)

(12)

式中，σ(t)为单位里程出行时间的标准差，h。

可靠性成本是交通拥堵导致出行波动性的时间价值，即可靠性指数所覆盖时间的价值：

Cur=Vout×Ior。

(13)

1.2.5 基础设施成本

采用资源均摊法量化，将各类城市道路建设成本分摊至车辆行驶里程中，定义基础设施成本为：

，

(14)

式中，ck为k类道路资源的单位里程建设维护成本，元/km；lk为k类道路资源的总里程数， km；yk为k类道路资源的使用年限， a；N为小汽车保有量，辆。

1.2.6 拥挤成本

拥挤成本指由于出行给道路其他出行者带来的时间损失，从出行者角度量化，对单位出行者造成的成本：

(15)

式中，c为拥堵路况给出行者个人造成的成本， 元/(人·km)；v,vf为路网实际速度、顺畅路况下路网速度， km/h。

拥挤成本是由道路上所有运行车辆给路网上所有出行者带来的额外时间成本。路网中存在私家车、出租车、公交车及其他车辆，不同车辆载客数不同，因此由私家车给路网出行者造成的拥堵成本：

(16)

式中，p1为路网中私家车比例；nr为r类型车的载客数，人/辆；pr为路网中r类型车比例。

1.2.7 大气污染、噪声污染成本

该项成本较难量化，采用文献[14]中的参数，根据行驶速度对大气污染成本(CAP)和噪声污染成本(CNP)进行折减：

CAP=cap×α×φ(v)，

(17)

CNP=cnp×α×φ(v)，

(18)

式中，cap,cnp为单位大气污染、单位噪声污染成本， 元/(辆·km)；α为由私家车造成的污染比例；φ(v)为速度v时的折减系数。

1.2.8 交通事故成本

采用成本分摊法，将事故损失分摊至行驶里程中，包括死亡、受伤、直接经济损失。交通事故成本(CA)定义为：

，

(19)

式中，cl为l类交通事故损失的人均货币损失， 元/人；nl为l类交通事故损失对应人数，人/a；λ为由私家车引起的交通事故比例。

2 实例研究

以北京市为实例，利用北京市交通运行、居民出行调查及出行意愿调查等基础数据，确定模型参数，进一步分析出行成本随速度的动态变化情况，并针对两个特定速度情景进行分析。

2.1 北京市出行成本随路网速度的动态变化分析

北京市私家车各项出行成本随速度的动态变化见图2，使用成本、基础设施成本、交通事故成本、可靠性成本不随速度变化；随着速度的提升，时间成本、舒适性成本、拥堵成本、大气污染成本、噪声污染成本降低，但降低速率变缓，当速度达40 km/h后，各项出行成本随速度变化极小，趋于稳定，总出行成本降低幅度较小，基本稳定在6.5 元/(辆·km)左右。

图2 各项出行成本随路网速度变化图Fig.2 Variation diagram of each travel cost with the speed of road network

各项出行成本占比随速度变化情况见图3，其中拥堵成本变化最为显著，其占比随速度提升逐渐降低。

图3 各项出行成本占比随路网速度变化图Fig.3 Variation diagram of each proportion of travel cost with the speed of road network

内部成本与外部成本随速度变化情况见图4，可以看出内部与外部成本均随路网速度提升呈降低趋势，外部成本降低更明显。当速度达40 km/h后，外部成本占比基本稳定在35%左右。

图4 内外部出行成本及占比随路网速度变化图Fig.4 Variation diagram of internal cost, external cost and proportions with the speed of road network

2.2 特定情景出行成本对比

研究设定高峰时段和平峰时段两个场景进行出行成本具体对比，根据北京市路网运行状况，将高峰和平峰时段速度分别标定为25 km/h、35 km/h。研究测算得出北京市私家车平峰时段总出行成本为7.42 元/(辆·km)，高峰时段总出行成本为11.86元/(辆·km)。具体各项成本测算结果见表1。

表1 北京市平峰和高峰时段私家车出行成本对比表

从总成本来看，高峰时段明显高于平峰时段，约为平峰时段的1.6倍。从各项成本来看，高峰时段各项成本均不小于平峰时段。由于使用成本、可靠性成本、基础设施成本、交通事故成本随速度变化极小，模型不考虑以上成本随速度变化情况。除此之外，高峰时段其他成本项均明显高于平峰时段。高峰时段速度低，单位里程耗时增加，因此时间成本、拥挤成本增加；随着速度变慢，乘车体验变差，舒适性成本增加；高峰时段，大气污染与噪声污染明显加重，成本高于平峰时段。

表2 北京市平峰高峰时段私家车出行成本占比

各项成本所占比例对比表如表2所示，平峰时段和高峰时段使用成本占比均为所有成本中的最高项，但占比仅为1/3和1/5，可见出行过程中，个人货币支出比例较小。高峰时段第二占比项为拥堵成本，说明随着交通拥堵产生，拥堵成本增加较快。

表3 北京市平峰高峰时段内外部成本对比

内部成本与外部成本对比情况如表3所示，外部成本在平峰与高峰时段占总成本的比例分别约为1/3、1/2，说明随着拥堵加剧，速度降低，私家车出行给社会带来的外部成本增加明显，不容忽视。

出行者本身往往只关注其自身支付的内部成本，但交通追求的最终目标是实现系统最优，推及到出行成本上，就是实现出行总成本最低，既包括内部成本，也包括外部成本。表3可以得出，高峰时段私家车外部成本约增加120%，内部成本约增加30%，交通拥堵给社会带来的负外部性远远高于给出行者本身带来的负外部性，因此降低外部成本是亟待解决的问题。由图3和图4可以看出，随着路网速度的降低，出行成本的增速加剧，因此缓解交通拥堵是降低总出行成本的关键。

2.3 从出行成本角度提出优化策略

通过对私家车出行成本的分析发现，其产生的外部成本占比较高，尤其是在高峰时段，要达到满足必要出行需求，同时降低社会成本的目的，就需要降低私家车使用强度，使用高运载效率的交通工具——公共交通。出行者的出行方式是由出行成本决定的，出行者期望选择综合成本较低的出行方式，可以从提高私家车内部出行成本、降低公共交通内部出行成本的角度，优化出行结构，降低社会总出行成本。

2.3.1 提高私家车内部出行成本，外部成本内部化

私家车内部出行成本主要是由拥车成本和用车成本构成。

(1)提高拥车成本

北京市自2011年开始实施小客车数量调控政策，市民需要通过摇号或轮候获取小客车牌照，这一措施增加了小客车拥有的等待成本，但并未直接增加用车的货币成本。可参考新加坡、上海等地牌照拍卖措施，同时对购车征收高额税费，进一步增加私家车拥车成本。

(2)提高用车成本

用车成本主要包括燃油费、停车费。燃油费方面，可以提高燃油税；停车费方面，应进一步提高停车收费价格，这些都可以提高用车成本。除此之外，可针对常发拥堵路段实施拥堵收费，将拥堵外部成本内部化，实现“谁使用，谁付费”。

2.3.2 降低公共交通出行成本，提高吸引力

地面公交和地铁的内部成本由货币成本和时间成本两项构成，目前北京市地面公交和地铁的购票成本已经相当低，出行者对于目前票价的敏感性不高，继续通过降低购票成本，达到的效果不明显。因此，可以通过设置地面公交专用道、缩短地面公交和地铁的发车间隔、提供便捷的换乘体系这三项措施来降低出行时间、提高可靠性和舒适性，从而提高公共交通吸引力。

3 结论

本研究将私家车出行成本划分为9项，对各项成本进行量化建模，并以北京市为实例测算速度对出行成本的动态影响，从而分析交通拥堵效应对出行成本的影响。研究结果表明，除固定成本项外，各项成本均随速度降低而增加，其中拥堵成本增加最为明显，外部成本随速度降低占比增加。北京市私家车在高峰时段外部出行成本约占总成本1/2，外部成本往往不需要出行者承担，具有隐藏性，但不容忽视。最后从出行成本角度，提出了对交通管理策略的指导意义。研究中参数的标定仅考虑北京市平均水平，因此对各类出行者的出行成本研究将作为后续研究内容，并考虑引入出行者对外部成本的敏感性分析。